CN102900859A - 水下液压驱动型平板闸阀 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水下液压驱动型平板闸阀,在阀体内设有流道,流道的中部安有阀座,该阀座中间设有阀板,阀板上开有阀板通道;阀体与阀盖一端连接,阀盖另一端依次与弹簧腔壳体、液缸壳体、护筒同轴连接,弹簧腔壳体内腔设有阀杆,阀杆穿过阀盖与阀板连接,阀杆上固定套装有限位筒及弹簧压板,密封压帽一端的弹簧腔壳体底端设有限位板,限位板与弹簧压板之间设有弹簧;液缸壳体内腔中的活塞一端与弹簧压板相顶,活塞另一端与超控杆固定连接;阀盖轴心孔设有泄压口;弹簧腔壳体上设有压力补偿口;液缸壳体上设有液压进出口。本发明的装置结构简单、密封性能好、可靠性高、具有故障自动关闭及ROV备用控制功能。
Description
技术领域
本发明属于石油天然气钻采装备技术领域,涉及一种水下液压驱动型平板闸阀。
背景技术
平板闸阀是常用的截断阀,其流动阻力小,密封可靠,寿命长,广泛地应于气、液介质管路***中,尤其是在海洋油气勘探开发中,水下平板闸阀广泛应用到水下油气生产***中,如:水下采油树、水下集输管汇、海洋管道等;在深水油气生产中,由于无法对生产设备直接进行操作,只能利用水下生产控制***或ROV(水下机器人)等对水下平板闸阀等进行远程控制,因此,具有水下远程控制功能的平板闸阀是水下油气生产***重要部件。
现有水下平板闸阀,存在结构复杂、制造困难、控制可靠性不够高等弊端。
发明内容
本发明的目的是提供一种水下液压驱动型平板闸阀,解决了现有技术中的水下平板闸阀的结构设计、制造比较复杂,控制可靠性不够高的问题。
本发明所采用的技术方案是,一种水下液压驱动型平板闸阀,包括阀体及固定在阀体上的液压驱动器,
所述的阀体内纵向设置有流道,流道的中部安装有阀座,该阀座中间设置有可横向移动的阀板,阀板上开有与流道内径相当的阀板通道,阀板另一端与阀杆连接;
所述的液压驱动器包括阀盖,阀盖一端与阀体固定连接,阀盖另一端依次与弹簧腔壳体、液缸壳体、护筒同轴固定连接,弹簧腔壳体内腔设置有阀杆,阀杆穿过阀盖与阀板连接,阀杆上固定套装有限位筒及弹簧压板,阀盖与阀杆之间的接触面设有组合密封,密封压帽一端的弹簧腔壳体底端设置有限位板,限位板与弹簧压板之间设置有弹簧,
液缸壳体内腔中安装有活塞,活塞一端与弹簧压板相顶,活塞另一端与超控杆固定连接,超控杆穿过护筒轴心孔,并且超控杆上固定安装有指示杆;
阀盖轴心孔设置有泄压口;弹簧腔壳体上设有压力补偿口;液缸壳体上设有液压进出口。
本发明的有益效果是,结构简单、密封性能好、可靠性高、具有故障自动关闭及ROV备用控制的水下平板闸阀,实现从水面对水下油气生产的远程控制。
附图说明
图1为本发明装置第一种结构处于全关状态示意图;
图2为本发明装置第一种结构处于全开状态示意图;
图3为本发明装置第二种结构处于全开状态示意图;
图4为本发明装置第二种结构处于全关状态示意图;
图5为本发明装置中的阀座密封示意图(图1中的X处放大图);
图6为本发明装置第二种结构处于全开状态时的阀杆密封示意图(图3中的Y处放大图);
图7为本发明第二种结构处于全关状态时阀杆密封位置示意图一(图4中的Z处放大图);
图8为本发明第二种结构处于全关状态时阀杆密封位置示意图二(图4中的Z处放大图)。
图中,1.阀体,2.阀板,3.阀门流道,4.阀板通道,5.密封A,6.阀盖,7.阀杆密封,8.密封压帽,9.密封B,10.限位板,11.压力补偿口,12.弹簧,13.限位筒,14.阀杆,15.弹簧腔壳体,16.弹簧压板,17.密封C,18.液缸壳体,19.活塞密封A,20.活塞密封B,21.护筒,22.指示杆,23.超控杆,24.液压进出口,25.活塞,26.泄压口,27.阀座,28.密封锥面A,29.密封锥面B,30.阀座密封A,31.阀座密封B,32.浮动密封A,33.浮动密封B,34.浮动密封支架。
具体实施方式
本发明的水下液压驱动型平板闸阀结构是,包括阀体1及固定在阀体1上的液压驱动器,
如图1所示,阀体1可以采用独立的结构,并通过法兰等方式与其它设备连接,或者,阀体1也可集成到其它设备中(如在水下采油树中,平板闸阀的阀体通常集成到采油树本体,即平板闸阀的阀体与采油树本体可以制作为一个整体),阀体1内纵向设置有流道3,流道3的中部安装有上下组合体结构的阀座27,该阀座27中间设置有可横向移动的阀板2,阀板2上开有与流道3内径相当(即指内径一致或内径接近)的阀板通道4,阀板2另一端与阀杆14通过T形槽连接(也可采用螺纹等方式连接),上下两个阀座27与阀体1的接触面均为台阶式接触,该台阶的两个接触面上分别设置有阀座密封A30及阀座密封B31,参照图1中的X部位及图5对X部位的局部放大结构图。
液压驱动器包括阀盖6,阀盖6一端与阀体1固定连接,阀盖6另一端依次与弹簧腔壳体15、液缸壳体18、护筒21同轴固定连接,弹簧腔壳体15内腔设置有阀杆14,阀杆14穿过阀盖6通过T型槽与阀板2连接(也可采用螺纹等方式连接),阀杆14上套装有限位筒13及弹簧压板16连接固定为一体,阀盖6与阀杆14之间的接触面设有组合密封,第一种组合密封形式(见图1、图2)包括阀杆密封7和密封压帽8,阀杆密封7用于密封阀内高压流体,密封压帽8一端的弹簧腔壳体15底端设置有限位板10,限位板10与弹簧压板16之间设置有弹簧12,
液缸壳体18内腔中安装有活塞25,活塞25一端与弹簧压板16相顶(接触),活塞25另一端与超控杆23固定连接,超控杆23穿过护筒21轴心孔,并且超控杆23上固定安装有指示杆22,在护筒21圆壁纵向开有指示杆通槽,指示杆22伸出指示杆通槽;当活塞25左移,限位筒13左移触碰到限位板10时,阀板2端头左移到底,阀板通道4与流道3纵向贯通,此时指示杆22位于指示杆通槽最左端;
阀体1与阀盖6接触面设有密封A5,用于密封阀内高压流体;阀盖6朝向阀体1的轴心孔沿设有密封锥面B29,阀杆14上设有密封锥面A28,密封锥面A28的锥角与密封锥面B29锥角一致或略小,当阀板2关闭时,两个锥面会压合形成可靠的金属对金属密封;阀盖6轴心孔设置有泄压口26,用于弹簧腔内压力达到预警值时自动泄压,避免高压对弹簧腔及补偿液***的破坏,该泄压口26还可以用于注入密封脂;弹簧腔壳体15上设有压力补偿口11,该压力补偿口11与控制***的补偿液***连通,以避免弹簧腔内压力出现较大的波动而影响活塞25的运动;液缸壳体18上设有液压进出口24,液压进出口24用于控制液的进出,液缸壳体18内设有活塞密封A19和活塞密封B20,活塞密封A19和活塞密封B20位于液压进出口24两边,用于密封由液压进出口24输入的控制液;弹簧腔壳体15与阀盖6的接触面设有密封B9,弹簧腔壳体15与液缸壳体18的接触面设有密封C17,密封B9和密封C17用于避免海水浸入或弹簧腔内压力补偿液外漏。
阀盖6与阀体1之间采用法兰连接,或采用卡毂方式实现连接。
弹簧12采用一个圆柱螺旋弹簧,或采用多个圆柱螺旋弹簧的组合,也可采用组合蝶形弹簧或其它形式的弹簧。
指示杆22用于观察判断阀门的开/关状态,也可以通过安装位置传感器来确定阀门的开/关状态。
超控杆23为备用控制,应急情况下,可利用ROV等推动超控杆23打开水下平板闸阀。
阀座密封B31具有足够的弹力,将阀座27与阀板2紧密压合形成可靠的金属对金属密封。
本发明装置的工作过程是,
需要打开水下平板闸阀时,控制***的高压控制液从液压进出口24进入液缸壳体18内腔,活塞25左移推动弹簧压板16、限位筒13、阀杆14及阀板2向左运动,当限位筒13左端与限位板10接触时受到限制,向左的运动停止,此时阀板2上的阀板通道4与阀门流道3完全对齐,阀门打开,外部可从指示杆22位于最左端位置来确定,如图2所示。活塞25推动弹簧压板16等向左运动时,弹簧12受到压缩,弹簧压板16与弹簧腔壳体15间有间隙,弹簧腔内液体可左右流动,同时,压力补偿口11与控制***的补偿液***连通,当活塞25进入弹簧腔时,弹簧腔内部分液体可流入控制***的补偿液***,从而避免弹簧腔内压力的波动。同时,水下平板闸阀设置有超控杆23,当液压***(如:出现液压故障等)无法打开阀门时,可利用ROV向左推动超控杆23打开阀门,再用工具将阀门锁定在全开状态即可。
需要关闭水下平板闸阀时,卸掉液压进出口24的液压,受到压缩的弹簧12自行复位,推动弹簧压板16、限位筒13、阀杆14及阀板2向右运动,直至阀杆14上的密封锥面A28与阀盖6上的密封锥面B29接触压紧时受到限制,向右的运动停止,此时阀板2上的阀板通道4与阀门流道3完全错开,阀门关闭,外部可从指示杆22位于最右端位置来确定,如图1所示。阀门关闭过程中,活塞25退出弹簧腔而控制***的补偿液通过压力补偿口11流入弹簧腔,避免弹簧腔内产生压力的波动。阀门关闭后,阀座密封B31可产生足够的弹力,将阀座27与阀板2紧紧压合形成可靠的金属对金属密封(如果阀板两侧出现压力差,该压力差作用在阀板2上使其与阀座27进一步压紧,达到压力助封的效果),实现流道的双向密封(如图1中,当流体从上往下流时,由阀板与下部阀座形成密封,当流体从下往上流,由阀板与上部阀座形成密封);同时,阀门关闭时,阀杆14上的密封锥面A28和阀盖6的密封锥面B29,会紧密压合,形成可靠的金属对金属密封,再加上阀杆密封7,形成阀杆的两道可靠密封。故当控制***出现故障,控制泄压时,阀门会在弹簧的作用下关闭,关闭流道,避免事故的发生。
参照图3、图4、图6、图7、图8,本发明装置的第二种组合密封是,省略部件阀杆密封7和密封压帽8,阀杆14与阀盖6的接触部位为对应的台阶配合方式,在阀盖6与阀杆14之间设置浮动密封总成,浮动密封总成结构包括一个浮动密封支架34,浮动密封支架34的外圆表面与阀盖6接触面设置有浮动密封A32,浮动密封支架34的内圆表面与阀杆14接触面设置有浮动密封B33。
图3为本发明第二种结构,阀板2处于全开状态的示意图;图4为本发明第二种结构,阀板2处于全关状态的示意图。当水下平板闸阀应用于较大的水深时,由于阀外静水压力作用在超控杆23上,形成向左的推力,阻止阀门关闭,故关阀时弹簧除需要克服各种摩擦力外,还要克服阀外静水压力产生的阻力,此时弹簧的刚度变得很大,弹簧的尺寸也相应变得很大,造成整个阀门尺寸变大;而多数情况下,水下平板闸阀内部流体压力远高于阀外静水压力,如充分利用阀内的压力,可降低对弹簧刚度的要求,此时,可将阀杆14及其密封设置为图6所示,浮动密封总成由浮动密封支架34、浮动密封A32和浮动密封B33组成,浮动密封总成在实现阀杆14密封的同时,还可沿阀杆14左右移动;水下平板闸阀关闭时如图6所示;
当阀内流体压力高于阀外静水压力时,水下平板闸阀全开状态如图7所示,浮动密封总成可产生推力协助弹簧关阀;
当阀外静水压力高于阀内流体压力时,水下平板闸阀全开状态如图8所示,浮动密封总成不会对关阀产生额外的阻力。
本发明以其在水下的应用为例,但也可应用于平台或陆地其它设备。
本发明装置属于故障关闭型结构,利用液压打开水下平板闸阀,泄压后,通过弹簧复位实现阀门的关闭;同时,该发明也可以是故障打开型,利用液压关闭水下平板闸阀,泄压后,通过弹簧复位实现阀门的打开。
本发明的水下液压驱动型平板闸阀,采用液压驱动打开平板闸阀,液压缸泄压后,驱动器的弹簧复位实现平板闸阀的关闭;阀门关闭后,阀杆与阀盖间形成可靠金属对金属密封;当阀门流道内压力大于周围静水压力时,还可利用浮动密封总成协助弹簧关闭阀门;同时该水下平板闸阀还设有备用控制,可通过ROV(水下机器人)等,打开平板闸阀。能够满足水下远程控制要求、结构简单、密封性能好、安全性和可靠性高。
Claims (6)
1.一种水下液压驱动型平板闸阀,其特征在于:包括阀体(1)及液压驱动器,
所述的阀体(1)内纵向设置有流道(3),流道(3)的中部安装有阀座(27),该阀座(27)中间设置有可横向移动的阀板(2),阀板(2)上开有与流道(3)内径相当的阀板通道(4),阀板(2)另一端与阀杆(14)连接;
所述的液压驱动器包括阀盖(6),阀盖(6)一端与阀体(1)固定连接,阀盖(6)另一端依次与弹簧腔壳体(15)、液缸壳体(18)、护筒(21)同轴固定连接,弹簧腔壳体(15)内腔设置有阀杆(14),阀杆(14)穿过阀盖(6)与阀板(2)连接,阀杆(14)上固定套装有限位筒(13)及弹簧压板(16),阀盖(6)与阀杆(14)之间的接触面设有组合密封,密封压帽(8)一端的弹簧腔壳体(15)底端设置有限位板(10),限位板(10)与弹簧压板(16)之间设置有弹簧(12);
液缸壳体(18)内腔中安装有活塞(25),活塞(25)一端与弹簧压板(16)相顶,活塞(25)另一端与超控杆(23)固定连接,超控杆(23)穿过护筒(21)轴心孔,并且超控杆(23)上固定安装有指示杆(22);
阀盖(6)轴心孔设置有泄压口(26);
弹簧腔壳体(15)上设有压力补偿口(11);
液缸壳体(18)上设有液压进出口(24)。
2.根据权利要求1所述的水下液压驱动型平板闸阀,其特征在于:
所述的阀体(1)与阀盖(6)接触面设有密封A(5);
所述的弹簧腔壳体(15)与阀盖(6)的接触面设有密封B(9),弹簧腔壳体(15)与液缸壳体(18)的接触面设有密封C(17);
所述的液缸壳体(18)内设有活塞密封A(19)和活塞密封B(20),活塞密封A(19)和活塞密封B(20)位于液压进出口(24)两边;
所述的阀盖(6)朝向阀体(1)的轴心孔沿设有密封锥面B(29),阀杆(14)上设有密封锥面A(28),密封锥面A(28)锥角与密封锥面B(29)锥角一致或略小;
所述的阀座(27)的上下端与阀体(1)的接触面均为台阶式接触,该台阶的两个接触面上分别设置有阀座密封A(30)及阀座密封B(31)。
3.根据权利要求1所述的水下液压驱动型平板闸阀,其特征在于:所述的组合密封是,
采用阀杆密封(7)和密封压帽(8)的组合方式;
或者,阀杆(14)与阀盖(6)的接触部位设置为对应的台阶配合形式,在阀盖(6)与阀杆(14)之间设置浮动密封总成,浮动密封总成结构包括一个浮动密封支架(34),浮动密封支架(34)的外圆表面与阀盖(6)接触面设置有浮动密封A(32),浮动密封支架(34)的内圆表面与阀杆(14)接触面设置有浮动密封B(33)。
4.根据权利要求1、2或3所述的水下液压驱动型平板闸阀,其特征在于:所述的阀杆(14)通过T型槽与阀板(2)连接,
或者,阀杆(14)与阀板(2)采用螺纹连接。
5.根据权利要求1、2或3所述的水下液压驱动型平板闸阀,其特征在于:所述的阀盖(6)与阀体(1)之间采用法兰连接,或采用卡毂方式连接。
6.根据权利要求1、2或3所述的水下液压驱动型平板闸阀,其特征在于:所述的弹簧(12)采用一个圆柱螺旋弹簧,或采用多个圆柱螺旋弹簧的组合,或采用组合蝶形弹簧。
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